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¿Qué determina la dirección de la precesión de un giróscopo?

Entiendo cómo la par matemáticamente provoca un cambio en la dirección del momento angular, por lo tanto precesión del giróscopo.

Sin embargo, la dirección, ya sea hacia la derecha o hacia la izquierda, de esta precesión me parece un poco arbitrario, más allá de las definiciones matemáticas. (Lo que si el par se define por una "mano izquierda de la regla", por ejemplo?).

¿Qué es la física fundamental, razón por la que la precesión de un giroscopio podría ser dirigido en una dirección determinada?

Relacionados con la pregunta.

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Cleonis Puntos 885

OK, la dirección de la precesión de un giroscopio.

La primera imagen muestra un gimbal montado giroscopio de la rueda. Desde el exterior, hay un amarillo de vivienda y vivienda roja.

Me definen tres ejes:

  • Eje de balanceo - el giroscopio rueda hace girar alrededor del eje de balanceo.
  • Eje de cabeceo - moción de la vivienda roja. Como se puede ver, el cardán de montaje garantiza la cancha, el eje es perpendicular al eje de balanceo.
  • Giro de los ejes de movimiento de la amarilla de la vivienda.

Primero voy a hablar de este asunto un estado de precesión uniforme:
la rueda está girando rápido.
hay algunos giratoria.

La segunda imagen muestra un solo cuadrante. La idea es pensar en que cuadrante como tener una posición fija en relación a la vivienda roja, con secciones de hacer girar la rueda en movimiento a través de los cuadrantes

La masa moviéndose a través del cuadrante se está moviendo hacia el eje pivotante. Pensar en un punto de la partícula en algún lugar a lo largo del borde de la llanta, por ejemplo en el punto donde la flecha verde se inicia. Que es el punto alrededor del eje pivotante, con la velocidad correspondiente. Acercarse a la pieza giratoria del eje de ese punto se tienden al frente de la general del giro de movimiento.

El marrón cilinder representa un peso que tiende a tono el giroscopio de la rueda.

En dos de los cuadrantes de la rueda de la masa en movimiento a través de los cuadrantes se está moviendo hacia el eje pivotante, en los otros dos de distancia desde el eje pivotante.

Las flechas verdes representan la tendencia para cada uno de los cuadrantes cuando la rueda está girando y girando. Las tendencias de los cuatro cuadrantes suman a un pitcheo efecto.

(Por cierto, dada una velocidad de giro y la precesión de la tasa se puede calcular la correspondiente tendencia a la cancha, integrando el efecto alrededor de la rueda.)

La razón por la que el marrón de peso no es de pitcheo de la rueda hacia abajo es que la combinación de la rueda girando y girando da una tendencia a la cancha hasta que mantiene el marrón de peso se incline hacia abajo.

El factor clave es el movimiento. La tendencia a la cancha, como los representados por las flechas verdes se plantea si la rueda está girando y girando. Del mismo modo, cuando no está girando y pitcheo, a continuación, giratorio movimiento comienza.

En una manifestación el giroscopio de la rueda es un principio sólo girar. Luego de un par se agrega. El giroscopio de la rueda produce un poco a la par, el movimiento de ceder a la par es un pitcheo de movimiento, que da un giro de movimiento, que giratorio movimiento contrarresta la par, por lo que la rueda no de tono. En las manifestaciones del giroscopio de la rueda es generalmente girando tan rápido que el pitcheo de movimiento es imperceptably pequeño.

Observación General:
Conceptos tales como el momento angular de espín vector son muy poderosos, pero son muy conceptos abstractos, y son inaccesibles a la comprensión de la física. Para la comprensión de causa y efecto, uno tiene que rastrear la física en términos de fuerza o impulso.

Esta explicación es una adaptación del artículo sobre el giroscopio de la física que es en mi propio sitio web.

(Al principio me había dado sólo a los enlaces, por lo tanto la conversación entre yo y manishearth.)

4voto

aceinthehole Puntos 1460

Observe que el momento angular se le asigna un valor positivo o negativo basado en un Foo-la regla de la mano como par?

Creo que mientras no se utilice el mismo lado por tanto, la dirección se obtiene el mismo resultado para la dirección de la precesión.

En otras palabras, la elección arbitraria no afecta a la física, sólo nuestra asignación de valores positivos o negativos para algunas de las cantidades.


Aviso que no he hecho dijo: ¿por qué el particulr dirección se produce, pero no he una buena forma cerrada respuesta, así que voy a esperar a que alguien a cubrir.

3voto

alan2here Puntos 292

Básicamente es la conservación del momento angular que determina de qué manera el giroscopio va a rotar. Lo importante es darse cuenta, es que el momento angular es una cantidad vectorial, con cierta magnitud, y en la dirección que apunta a lo largo del eje de rotación (de nuevo, se aplican a la derecha-la regla de la mano).

La única cosa que usted necesita para resolver, en principio, es $$ \frac{d\vec{L}}{dt}=\vec{r}\times\vec{F}$$ donde $\vec{L}$ es el momento angular, y $\vec{F}$ es la fuerza (de la gravedad) que se aplica en la posición $\vec{r}$.

El modelo más simple de un giroscopio que se pueden analizar a partir de esta ecuación, es un disco giratorio sobre un eje, que se coloca perpendicular a otro eje (y la gravedad) a cierta distancia. (Por supuesto, todo lo que gira sin fricción).

2voto

Norm Williams Puntos 1

Esta cuestión de la causalidad de par giroscópico (y su magnitud y dirección) que me molestó toda mi vida, hasta que tuve un momento 'Eureka' hace unos 20 años. He escrito la explicación de este fenómeno en mi sitio web, www.newtontime.com, usando nada más que las Leyes de Newton del Movimiento, y sin necesidad de 'fancy' de las matemáticas. El análisis se basa simplemente en la geometría del lugar geométrico de un objeto que está girando alrededor de un eje de rotación mientras que al mismo tiempo que rotan alrededor de un eje de inclinación. Por simple integración numérica de todas las fuerzas (Masa x Aceleración) que actúa sobre todas las partículas de un giro/inclinación de anillo, que puede ser fácilmente demostrado que un momento se desarrolló alrededor de la tercera, mutuamente perpendiculares, gyro-eje del par. La magnitud y la dirección de este par giroscópico concuerda exactamente con el universalmente observados y valores acordados.

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